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1、材料力学性能第一章二节弹变 1,。弹性变形：材料在外力作用下产生变形，当外力取消后，材料变形即可消失并能 完全恢复原来形状的性质称为弹性。这种可恢复的变形称为弹性变形。2. 弹性模量：表征材料对弹性变形的抗力3. 弹性性能与特征是原子间结合力的宏观体现，本质上决定于晶体的电子结构，而不依赖于 显微组织，因此，弹性模量是对组织不敏感的性能指标。4. 比例极限”p:应力与应变成直线关系的最大应力。5. 弹性极限ae:由弹性变形过渡到弹性塑性变形的应力。6. 弹性比功: 表示单位体积金属材料吸收弹性变形功的能力，又称弹性比应变能。7. 力学性能指标:反映材料某些力学行为发生能力或抗力的大小。8. 弹
2、性变形特点:应力与应变成比例，产生变形，当外力取消后，材料变形即可消失并 能完全恢复原来形状9. 滞弹性:在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加弹性应变的现象， 称为滞弹性。10. 循环韧性:指在塑性区加载时材料吸收不可逆变形功的能力。11. 循环韧性应用:减振、消振元件。12. 包申格效应:金属材料经过预先加载产生少量塑性变形，卸载后再同向加载，规 定残余伸长应力增加；反向加载规定残余伸长应力降低的现象，称为包申格效应。13. 包申格应变:指在给定应力下，正向加载与反向加载两应力应变曲线之间的应 变差。14. 消除包申格效应:预先进行较大的塑性变形。在第二次反向受力前先使金属材料
3、于回复或再结晶温度下退火。三节:塑性1. 塑性:金属材料断裂前发生不可逆永久 （塑性）变形的能力.2. 影响材料屈服强度的因素：内在因素.1.金属本性及晶格类型主滑移面位错密度大，屈服强度大。 2. 晶粒大小和亚结构 . 晶界对位错运动具有阻碍作用。晶 粒小可以产生细晶强化。都会使强度增加。 3.溶质原子 : 溶质元素溶入金属晶格 形成固溶体，产生固溶强化。4第二相 a.不可变形的第二相绕过机制.留下一 个位错环对后续位错产生斥力,b.可以变形的第二相切过机制由于，质点与基体 间晶格错排及位错切过第二相质点产生新界面需要做功，使强度增加。二） 外在 因素: 1.温度温度越高原子间作用越小位错运
4、动阻力越低 2.应变速率。应变速率 越高强度越高。 3.应力状态 . 切应力分量越大强度越低3. 细晶强化:晶界是位错运动的阻碍，晶粒小相界多。减少晶粒尺寸会减少晶粒内部 位错塞积的数量，减少位错塞积群的长度，降低塞积点处的应力，相邻晶粒中位错源 开动所需的外加切应力提高，屈服强度增加。4. 固溶强化:在纯金属中加入溶质原子形成固溶合金，将显著提高屈服强度，此即为 固溶强化。溶质原子与基体原子尺寸差别越大，引起的弹性畸变越大，溶质原子浓度 越高，引起的弹性畸变越大，对位错的阻碍作用越强，固溶强化作用越大。5. 影响粒状第二相强化效果的因素：当粒子体积分数f定时，粒子尺寸r越小、位错运动障碍越多
5、，位错的自由行程越小，强比效果越显著。当粒子尺寸一定时，体积分数f越大，强化效果亦越好。网状分布时，位错堆积，应力不可以松弛，脆性增加.片状球状6. 珠光体对第二相的影响： 1）片状珠光体，位错的移动被限制在渗碳体片层之间。 所以渗碳体片层间距越小，珠光体越细，其强度越高。 2）粒状珠光体，位错钱与第 二相球状粒子交会的机会减少， 即位错运动受阻的机会减少， 故强度降低，塑性提高。 3）渗碳体以连续网状分布于铁素体晶界上时，使晶粒的变形受阻于相界，导致很大 的应力集中，因此强度反而下降，塑性明显降低。7. 应变硬化：应变硬化是位错增殖、运动受阻所致8. n表示材料的应变强化能力或对进一步塑性变
6、形的抗力。9. 影响n的因素：1）层错能：层错能低，则交滑移难，加工硬化指数高。2）冷热变 形退火态n大，冷加工n小3）强度，强度高n低。10塑性的指标：延伸率：试样拉断时所测得的条件延伸率主要反映了材料均匀变形的能力。断面收缩率：断面收缩率主要反映了材料局部变形的能力11.韧性：韧性是指材料在断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。四节：金属的断裂1. 裂纹的基本形成过程：裂纹形成和扩展。2. 段裂类型：1）根据断裂前金属是否有明显的塑性变形分：脆性断裂5% 2 ）从微观上按照裂纹的走向分：穿晶断裂沿晶断裂3. 磨损，腐蚀，断裂是机件的三种失效形式。4. 韧性断裂宏观断口：断口粗糙、呈纤维状，灰
7、暗色。1）中、低强度钢光滑圆柱试样拉伸断口呈杯锥状。5. 宏观断口三要素： 1）纤维区 2）放射区3）剪切唇6. 塑性变形量越大则放射线越粗。温度降低或材料强度增加，由于塑性降低放射线 由粗变细乃至消失。7. 影响断口三要素的因素：材料脆性越大，放射区越大，纤维区越小，剪切唇越小。 材料尺寸越大，放射区越大，纤维区基本不变。8. 脆性断裂宏观断口：脆性断裂的断裂面一般与正应力垂直，断口平齐而光亮，常呈 放射状或结晶状。9. 沿晶断裂：当晶界的强度小于屈服强度时，晶界无塑性变形，断裂呈宏观脆性 产生冰糖状断口。当晶界的强度大于屈服强度时，晶界有塑性变形，产生石状断口10. 微孔聚集型断裂断口微观
8、特征 :韧窝。11. 微孔聚集型断裂的过程：塑变过程中，位错运动遇到第二相颗粒形成位错环。切 应力作用下位错环堆积 .位错环移向界面，界面沿滑移面分离形成微孔。位错源重新 开动，释放出新位错，不断进入微孔，使微孔长大。在外力的作用下产生缩颈（内缩 颈）而断裂（纤维区） ，使微孔聚合，形成裂纹；裂纹尖端应力集中，产生极窄的与 径向大致呈 45度的剪切变形带，新的微孔就在变形带内成核、长大和聚合 ，与裂纹 连接时，裂纹扩展。 （大概说出）12. 解理断裂：指金属材料在一定条件下（如低温） ，当外加正应力达到一定数值后， 以极快速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂。13. 解理面：由于与大理石的断裂相
9、似，所以称这种晶体学平面为解理面。14. 解理断裂过程分为三个阶段：a）塑性变形形成裂纹b）裂纹在同一晶粒内初期长大 c）裂纹越过晶界向相邻晶粒扩展15. 解理断裂的微观断口特征： 1）解理台阶及河流状花样。 2）舌状花样16. 准解理断裂：穿晶断裂；有小解理刻面；有台阶或撕裂棱及河流花样。第二章一节：材料的软性系数1. a值越大，最大切应力分量越大，表示应力状态越“软”，越易于产生塑性变形和 韧性断裂。a值越小，最大正应力分量越大，应力状态越“硬”，越不易产生塑性 变形而易于产生脆性断裂。2. 对于塑性较好的金属材料，往往采用应力状态硬的三向不等拉伸的加载方法，以 考查其脆性倾向。二节：压缩
10、1. 力学性能指标规定非比例压缩应力apc。抗压强度abc。相对压缩率（5ck和 相对断面扩胀率ck2. 压缩试验的特点：1）单向压缩试验的应力状态系数a =2，主要用于拉伸时呈脆 性的金属材料力学性能的测定。 2）因此塑性材料很少进行压缩试验。 3）脆性材 料的压缩强度一般高于其抗拉强度。三节：弯曲1. 性能指标：可测定脆性或低塑性材料的主要力学性能指标有：规定非比例弯曲应 力apb。抗弯强度abb。弯曲模量Eb2. 弯曲试验的特点： 1）试样形状简单、操作方便，不存在拉伸试验时的试样偏斜对 试验结果的影响，并可用试样弯曲的挠度显示材料的塑性。 2）弯曲试样一侧受拉，一侧受压，表面应力最大，
11、故可较灵敏地反映材料的表面缺陷。 3）对于脆性难加工 的材料，可用弯曲代替拉伸四节：扭转1. 力学性能指标：切变模量G。扭转比例极限tp和扭转屈服强度TS。抗扭强度2. 扭转特点： 1）测定那些在拉伸时呈现脆性或低塑性材料的强度和塑性。2）能较敏感地反映出材料表面缺陷及表 面硬化层的性能。3）试样长度上的塑性变形是均匀的， 不会出颈缩现象。 4）扭转时最大正应力与最大切应力在数值上大体相等。五节：缺口试样静载荷试验1. 缺口效应 效应 1：缺口引起应力集中，改变了缺口前方应力状态。由单向应力状 态变为两向或三向应力状态。缺口效应 2:缺口使塑性材料产生缺口附加强化，使 强度增加，塑性降低。六节
12、：硬度1. 布氏硬度 优点：压痕面积大，不受个别相及微小不均匀性影响，反映平均性能， 重现度大。缺点：不同材料变D、F，测d不能直接读数。压痕较大，不宜在零 件表面上测定硬度，也不能测定薄壁件或表面硬化层硬度。2. 洛氏硬度：压痕深度来表示材料的硬度。3. 洛氏硬度 优点：适于各种不同硬质材料的检验，不存在压头变形问题 ; 硬度值 可直接读出 ; 对试件表面造成的损伤较小，可用于成品零件的质量检验 ; 因加 有预载荷，可以消除表面轻微的不平度对试验结果的影响。缺点：不同标尺的洛 氏硬度值无法相互比较 ; 由于压痕小，所以洛氏硬度对材料组织的不均匀性很敏 感4. 维氏硬度：测量压痕两对角线的长度
13、后取平均值 d。第三章 金属在冲击载荷下的力学性能三节：低温脆性1. 冲击韧性：是指材料在冲击载荷作用下吸收塑性变形功和断裂功的能力。2. 材料的冲击韧度值随温度的降低而减小，当温度降低到某一温度范围时，冲击韧 度急剧下降，材料由韧性状态转变为脆性状态。这种现象称为 “冷脆 ”。3. 低温脆性的本质：低温脆性是材料屈服强度随温度下降急剧增加的结果。4. 影响冲击韧性和韧脆转变温度的因素：1.材料因素：a）晶体结构的影响。低、中强度的 bcc 金属及其合金有冷脆现象。高强度的 bcc 金属，冷脆转变不明显。 fcc 金属 一般情况下可认为无冷脆现象。 2）化学成分： a） 加入能形成间隙固溶体的
14、元素， 使冲击韧性减小，冷脆转变温度提高b）a-Fe中加入能形成置换固溶体的元素。c）杂质元素 S、P、Pb 、Sn 、As 等，会降低钢的韧性。 3）晶粒尺寸：细化晶粒能使材 料的韧性增加，韧脆转变温度降低。4）金相组织：强度相同时SBP片P球。2. 外在因素： 1）缺口越尖锐，三向应力状态越严重脆性转变温度的升高。 2）尺寸因素 试样尺寸增大，材料的韧性下降，断口中纤维区减少，脆性转变温度升高。 3）加载 速度 外加冲击速度增加，使缺口处塑性变形的应变率提高，促进材料的脆化。5. Si、Cr等降低层错能，促进位错扩展，形成孪晶、交滑移困难。在a -Fe中加入Ni 和 Mn ，能显著地降低冷
15、脆转变温度并提高韧断区的冲击值。第四章 金属的断裂韧度1. 裂纹扩展的基本形式： 1）张开型裂纹 2）滑开型裂纹 3）撕开型裂纹2. 在 x 轴上裂纹尖端的切应力分量为零，拉应力分量最大，裂纹最易沿x 轴方向扩展。3. 应力场强度因子K I表示裂纹尖端应力场的强弱4. 这个临界或失稳状态的 KI 值就记作 KIC 或 KC 称为断裂韧度。 表征材料对宏观 裂纹失稳扩展的抗力。5. GIC ，也称为断裂韧度或平面断裂韧度，表示材料阻止裂纹失稳扩展时单位面积 所消耗的能量6. 影响断裂韧性 KIC 的因素：一、内因 ：1）晶粒尺寸 晶粒愈细， KIC 也愈高。 2）合金化 固溶使得 KIC 降低。 弥散分布的第二相数量越多，其间距越小，KIC 越低; 第二相沿晶界网状分布，晶界损伤， KIC 降低； 球状第二相的KIC 片状 3）夹杂 夹杂物偏析于晶界，晶界弱化，增大沿晶断裂的倾向性； 在晶内分布的夹杂物 起缺陷源的作用，都使材料 的 KIC 值下降。 4）显微组 织 （1） M组织板条M ,KIC高。针状M , KIC低 混合M介于二者之间 （2）回火组织：回火马氏体 KIC 低。回火索氏体 KIC 高 。回火屈氏体介于二者 之间。（3） 贝氏体组织 上贝氏体低下贝氏体高。 （4） 残余奥氏体提高 KIC（貌似不能考太复杂了，想看自
